Chapitre 3 : Classification périodique des éléments

Chapitre)3)–)Classification)périodique)des)éléments) ) PCSI3)
!
1)
"#$%&'()!*!+!",$--&.&"$'&/0!%)(&/1&23)!1)-!),)4)0'-!
!
Introduction!:!histoire!de!la!classification
!
,567897:;6<9! =9>! =6??@<97:>! @A@B97:>! CD77E>! ;! :<F>! :G:! H;<E! 7@C9>>;6<9! ;EI!
CJ6B6>:9>K! ,;8D6>69<! ;! H<DHD>@! ;E! LM&&&FB9!>6FCA9! E79! A6>:9! =9>! *N! @A@B97:>!
CD77E>!;AD<>K!!
$E!L&LFB9!>6FCA9O!A;!CDBBE7;E:@!CJ6B6>:9!;!97:<9H<6>!=9!A9>!CA;>>9<K!%AE>69E<>!
@:;H9>!D7:!@:@!7@C9>>;6<9>!;8;7:!=9!H;<8976<!P!E79!CA;>>6?6C;:6D7!H<DCJ9!=9!
7D:<9!:;QA9;E!;C:E9AK!
!
RSRT
!+!1UQ9<9679<!<9B;<VE9!E79!>6B6A6:E=9!=;7>!A9!CDBHD<:9B97:!=9!C9<:;67>!
@A@B97:>! 9:! 6B;W679! A9! CD7C9H:! =9!
:<6;=9
!<9W<DEH;7:! *! @A@B97:>! ;EI!
H<DH<6@:@>!>9BQA;QA9>K!%;<!9I9BHA9!X,6O!0;O!YZK!"9::9!7D:6D7!=9!:<6;=9!>5@:97=!
97>E6:9!P!C9AA9!=9!?;B6AA9!CJ6B6VE9O!H;<!9I9BHA9!C9AA9!=9>!;AC;A67>!X,6O!0;O!YO!
(QO!">Z!9:!;HHD<:9!A;!7D:6D7!=9!
H@<6D=6C6:@
!=9>!H<DH<6@:@>K!
RS[\
!+!]9WE^9<!=9!"J;7CDE<:D6>!>5;HHE69!>E<!A;!:DE:9!<@C97:9!7D:6D7!=9!
B;>>9!
;:DB6VE9
!X";76__;<DO!RSNSZ!9:!H<DHD>9!=9!=6>HD>9<!A9>!@A@B97:>!CA;>>@>!H;<!
B;>>9!;:DB6VE9!C<D6>>;7:9!>E<!E79!J@A6C9!=9!B;76F<9!P!C9!VE9!A9>!B9BQ<9>!
=5E79!B`B9!?;B6AA9!>9!:<DE897:!>E<!A;!B`B9!W@7@<;:<6C9!(voir!document!1!ci-
contre)K!
RS[N
!+!09aA;7=>O!97!<;7W9;7:!A9>!@A@B97:>!H;<!B;>>9!;:DB6VE9!H<DHD>9!E79!
7DE89AA9!CA;>>6?6C;:6D7!97!B9::;7:!97!@86=97C9!=9>!
DC:;89>
!+!E7!@A@B97:!;!=9>!
H<DH<6@:@>!>6B6A;6<9>!P!C9AE6!>6:E@!>9H:!C;>9>!;8;7:!9:!>9H:!C;>9>!;H<F>O!CDBB9!
E79!7D:9!=9!BE>6VE9!<9>>9BQA9!P!>D7!DC:;89K!!
!
RS[b
!+! 497=9A9c98O! HF<9! =9! A;! CA;>>6?6C;:6D7! BD=9<79O! HEQA69! E7!
:;QA9;E!CD7:97;7:! A9>![*!@A@B97:>!CD77E>!P!A5@HDVE9O!<;7W@>! H;<!
B;>>9!;:DB6VE9!C<D6>>;7:9K!"9!:;QA9;E!H9<B9:!=9!<97=<9!CDBH:9!
=9!A;!H@<6D=6C6:@!=9>!H<DH<6@:@>!CJ6B6VE9>K!!
)7!RSTRO!6A! ;! A56=@9!=9!BD=6?69<!A5D<=<9! =9! C9<:;67>!@A@B97:>!HDE<!
B69EI! <9>H9C:9<! A9>! >6B6A6:E=9>! =9>! H<DH<6@:@>! X6A! @CJ;7W9! H;<!
9I9BHA9!&!9:!'9Z!9:!d!
W<;7=9!D<6W67;A6:@
!d!6A!H<@>EHHD>9!A59I6>:97C9!
=9!C9<:;67>!@A@B97:>!97!A;6>>;7:!=9>!
C;>9>!86=9>
!9:!97!H<@=6>;7:!A9>!
H<DH<6@:@>!=9!C9>!@A@B97:>!(voir!doc!2!ci-contre)!
!
RSTN
!+!,;!=@CDE89<:9!=E!W;AA6EB!HE6>!C9AA9!=E!W9<B;76EB!XRSS[ZO!=D7:!A9>!9I6>:97C9>!@:;697:!H<@8E9>!H;<!497=9A9c98!XHDE<!
CDBHA@:9<!A9>!C;>9>!86=9>Z!;CC<@=6:9!A9!BD=FA9K!!
RSbe
!+!,;!=@CDE89<:9!=9>!W;_!<;<9>!;BF79!A9>!CJ6B6>:9>!9:!A9>!HJ^>6C697>!P!;fDE:9<!E79!CDAD779!=;7>!A;!CA;>>6?6C;:6D7K!
RbRg
!+!(E:J9<?D<=!=@CDE8<9!A;!CJ;<W9!=E!7D^;EK!
RbR*
!+!4D>9A9^!CD<<FA9!A;!HA;C9!=;7>!A;!CA;>>6?6C;:6D7!H@<6D=6VE9!;89C!A9!
7EB@<D!;:DB6VE9!
X7DBQ<9!=9!H<D:D7>!=;7>!A9!7D^;EZK!
LLFB9!>6FCA9
!+!,9>!@A@B97:>!<;=6D;C:6?>!>D7:!=@CDE89<:>!H;<!8D69!7ECA@;6<9!XQDBQ;<=9B97:!=5;:DB9>Z!9:!A;!CA;>>6?6C;:6D7!9>:!
H9E!P!H9E!CDBHA@:@9K!
!
!
Document)1):)Modèle)de)la)vis)tellurique)de)
Chancourtois)
Document)2):)Classification)proposée)par)Mendeleïev)

Chapitre)3)–)Classification)périodique)des)éléments) ) PCSI3)
!
2)
&K -'(3"'3()!13!'$],)$3!%)(&/1&23)!$"'3),!
!
Utiliser!la!classification!périodique!en!annexe!pour!répondre!aux!questions!suivantes.!
!
RK "D7>:<EC:6D7!=E!:;QA9;E!H@<6D=6VE9!
1;7>!A9!:;QA9;E!H@<6D=6VE9O!A9>!@A@B97:>!>D7:!<;7W@>!=9!W;ECJ9!P!=<D6:9!H;<!KhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKK!!
!
"J;VE9!C;>9!CD<<9>HD7=!P!
E7!@A@B97:!CJ6B6VE9
!X;89C!:DE>!>9>!6>D:DH9>ZO!6=97:6?6@!H;<!>D7!7EB@<D!;:DB6VE9K!
,;!CA;>>6?6C;:6D7!>9!H<@>97:9!>DE>!A;!?D<B9!=5E7!:;QA9;E!=9!
hKK!A6W79>
O!;HH9A@9>!
H@<6D=9>
O!9:!
hKK!CDAD779>
K!!
\K %@<6D=9!
Observer!la!configuration!électronique!des!éléments.!A!quel!moment!passe-t-on!d’une!ligne!à!l’autre!?!
379!7DE89AA9!H@<6D=9!CDBB97C9!AD<>VE9!A5D7!97:;B9!hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh!
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKK!
!
%DE<!7iRO!
A;!76FB9!H@<6D=9!CDBB97C9!;89C!A9!<9BHA6>>;W9!=9!A;!>DE>jCDECJ9!KKhKK!9:!>5;CJF89!;89C!C9AE6!=9!A;!>DE>jCDECJ9!
hhKKK!
!
,9!
=9<769<! @A@B97:! =9! CJ;VE9! H@<6D=9
O! =D7:! A;! CD7?6WE<;:6D7! @A9C:<D76VE9! >9! :9<B679! 97!
7H[
O! 9>:! E7!
W;_! 7DQA9
K! ,9E<!
CD7?6WE<;:6D7!@A9C:<D76VE9
!
P!>DE>jCDECJ9>!7>!9:!7H!>;:E<@9>!CD7?F<9!;EI!W;_!7DQA9>!E79!>:;Q6A6:@!H;<:6CEA6F<9
K!
"9!>D7:!=9>!@A@B97:>!CJ6B6VE9B97:!679<:9>!XH<;:6VE9B97:!;ECE79>!<@;C:6D7>!CJ6B6VE9>ZK!
!
(9B;<VE9!+!"J;VE9!W;_!7DQA9!H9<B9:!=5@C<6<9!=9!?;kD7!>6BHA6?6@9!A9>!CD7?6WE<;:6D7>!@A9C:<D76VE9>!=9>!@A@B97:>!=9!A;!H@<6D=9!
>E68;7:9K!!
Exemple!1!:!La!configuration!du!vanadium!:!23V!:!1s22s22p63s23p64s23d3!peut!s’écrire![Ar]!4s23d3!
! !!!!!!!!!!!!!!!!!!Configuration!électronique!de!Ar!
!
Exemple!2!:!15P!:!!
!
0DBQ<9>!=5@A@B97:>!=;7>!CJ;VE9!H@<6D=9!+!!
!
!
%@<6D=9!
R!
\!
*!
e!
N!
[!
T!
-DE>jCDECJ9>!P!
<9BHA6<!
!
!
!
!
!
!
!
!
0DBQ<9!
=5@A9C:<D7>!=;7>!
C9>!>DE>j
CDECJ9>!
!
!
!
!
!
!
!
0DBQ<9!
=5@A@B97:>!=9!A;!
H@<6D=9!
!
!
!
!
!
!
!
M;A9E<>!=9!
7EB@<D>!
;:DB6VE9>!l!
!
!
!
!
!
!
!

Chapitre)3)–)Classification)périodique)des)éléments) ) PCSI3)
!
3)
46>9!97!?D<B9!
+!,9>!@A@B97:>!HD>>@=;7:!X=;7>!A;!CD7?6WE<;:6D7!@A9C:<D76VE9!<9>H9C:;7:!A;!<FWA9!=9!YA9CJmDa>m^Z!E79!>DE>j
CDECJ9!?!97!CDE<>!=9!<9BHA6>>;W9!>D7:!
>6:E@>!97! =9JD<>!=E! :;QA9;E! X>67D7! A;!
CA;>>6?6C;:6D7!H@<6D=6VE9!CDBHD<:9<;6:!
*\!CDAD779>!nZK!!
&A>! >D7:! ;HH9A@>!
A;7:J;76=9>!
HDE<! A;!
>DE>jCDECJ9! e?! 9:!
;C:676=9>
!HDE<! A;!
>DE>jCDECJ9!N?K!
!
*K "DAD779!
Observer!la!configuration!électronique!des!éléments!d’une!même!colonne.!!
1;7>! E79! B`B9! CDAD779O! A9>! @A@B97:>! D7:! hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhK! &A>!
?D<B97:!E79!
?;B6AA9!CJ6B6VE9
!9:!D7:!=9>!H<DH<6@:@>!CJ6B6VE9>!8D6>679>K!
Pourquoi!les!éléments!d’une!même!colonne!ont-ils!les!mêmes!propriétés!chimiques!?!!
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
hhhhhhhhhhhhhKhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKhhhhhhh!
!
"9<:;679>!?;B6AA9>!HD<:97:!E7!7DB!H;<:6CEA69<!+!!
!
!
!
!
!
!
!
$7DB;A69>!=9!HA;C9B97:!+!!
ü ,5#^=<DWF79!XloRZ!>9!:<DE89!=;7>!A;!RF<9!CDAD779O!C;<!6A!HD>>F=9!E79!CD7?6WE<;:6D7!@A9C:<D76VE9!=9!8;A97C9!=9!:^H9!7>RK!
0@;7BD67>O!6A!79!HD>>F=9!H;<!A9>!H<DH<6@:@>!=9>!;E:<9>!@A@B97:>!=9!A;!CDAD779K!"9!759>:!H;>!E7!;AC;A67K!
ü ,5#@A6EB!Xlo\Z!>9!:<DE89!=;7>!A;!RSFB9!CDAD779O!B;6>!6A!79!HD>>F=9!H;<!A;!B`B9!CD7?6WE<;:6D7!@A9C:<D76VE9!=9!8;A97C9!
VE9!A9>!;E:<9>!@A@B97:>!=9!>;!CDAD779K!&A!;!@:@!HA;C@!;67>6!C;<!6A!HD>>F=9!A9>!B`B9>!H<DH<6@:@>!CJ6B6VE9>!VE9!A9>!W;_!
7DQA9>K!"9C6!9>:!=p!P!>;!CD7?6WE<;:6D7!@A9C:<D76VE9!+!A;!CDECJ9!7oR!9>:!HA9679K!
!
eK ]ADC>!
/7!<9W<DEH9!A9>!CDAD779>!H;<
!QADC>
O!CJ;VE9!QADC!CD<<9>HD7=;7:!;E!<9BHA6>>;W9!=5E7!:^H9!=9!>DE>jCDECJ9!+!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
"DAD779!
"DAD779!R!
"DAD779!\!
"DAD779!RT!
"DAD779!RS!
0DB!=9!A;!?;B6AA9!
$AC;A67>!
$AC;A67Dj:9<<9EI!
#;ADWF79>!
q;_!7DQA9>!
"D7?6WE<;:6D7!=9!
8;A97C9!
!
!
!
!
!
!
]ADC!>!+!<9BHA6>>;W9!=9>!>DE>jCDECJ9>!
>!
"DAD779>!hhh!
!
]ADC!H!+!<9BHA6>>;W9!=9>!>DE>j
CDECJ9>!H!
"DAD779>!hhh!
!
]ADC!=!+!<9BHA6>>;W9!=9>!>DE>j
CDECJ9>!=!
"DAD779>!hhh!
Le!bloc!d!s’intercale!à!
partir!de!la!
4ème!périodeK
!
]ADC!?!+!<9BHA6>>;W9!=9>!>DE>jCDECJ9>!
?!
!
Le!bloc!f!s’intercale!à!
partir!de!la!
6ème!périodeK
!

Chapitre)3)–)Classification)périodique)des)éléments) ) PCSI3)
!
4)
NK ,9C:E<9!=9!A;!CA;>>6?6C;:6D7!
a. Comment!placer!un!élément!dans!la!classification!connaissant!son!numéro!atomique!?!
Exemple!1!:!Aluminium!Al!(Z!=!13)!
!
!
!
!
!
Exemple!2!:!Fer!Fe!(Z!=!26)!
!
!
!
!
!
b. !Comment!trouver!la!configuration!d’un!élément!connaissant!sa!position!dans!la!classification!?!!
)I9BHA9!R!+!4;W7@>6EB!4W!+!*9!H@<6D=9O!\9!CDAD779!
!
!
!
!
!
!
)I9BHA9!\!+!";=B6EB!"=!+!N9!H@<6D=9O!R\9!CDAD779!
!
!
!
!
!
(9B;<VE9
!+!'DEfDE<>!E:6A6>9<!A;!CD7?6WE<;:6D7!H<@8E9!H;<!YA9CJmDa>m^!HDE<!=@:9<B679<!A;!HD>6:6D7!=9!A5@A@B97:K!!
Rappel!:!Il!n’y!a!
aucune!exception
!à!la!règle!de!Klechkowsky!avant!la!………..!période.!
!
&&K )M/,3'&/0!1)!23),23)-!%(/%(&)')-!$'/4&23)-!
!
RK (;^D7!;:DB6VE9!
;K 1@?676:6D7!
,9!<;^D7!;:DB6VE9!r!=5E7!;:DB9!
9>:!A;
!=6>:;7C9!
A;!HAE>!H<DQ;QA9!
97:<9!A9!7D^;E!9:!
>9>
!@A9C:<D7>!
=9!8;A97C9
!A9>!HAE>!@AD6W7@>!
=E!7D^;EK!
!
QK )8DAE:6D7!
!
!
!
!
ρ!

Chapitre)3)–)Classification)périodique)des)éléments) ) PCSI3)
!
5)
CK &7:9<H<@:;:6D7!
1;7>!E7!;:DB9!HDA^@A9C:<D76VE9O!E7!@A9C:<D7!>EQ6:!
A5;::<;C:6D7!=E!7D^;E
O!B;6>!;E>>6!
A;!<@HEA>6D7!=9>!;E:<9>!@A9C:<D7>
K!"DBB9!
:DE>!A9>!@A9C:<D7>!>D7:!97!BDE89B97:!;E:DE<!=E!7D^;EO!6A!9>:!:<F>!=6??6C6A9!=9!=@:9<B679<!=9!B;76F<9!9I;C:9!A567?AE97C9!=9>!
;E:<9>!@A9C:<D7>!>E<!E7!@A9C:<D7!=D77@K!/7!E:6A6>9!E7!
BD=FA9!;HH<DCJ@
O!;HH9A@!BD=FA9!=9!-A;:9<O!=;7>!A9VE9A!D7!CD7>6=F<9!
A59??9:!BD^97!=9!A597>9BQA9!=9>!@A9C:<D7>
!>E<!E7!@A9C:<D7!=D77@K!
!!
Situation!réelle!
Modèle!de!Slater!
!
!
! ! ! !
!!!!!!
!
!
,;!CJ;<W9!9??9C:689!ls!<9>>97:69!H;<!A9>!@A9C:<D7>!=9!8;A97C9!H9E:!`:<9!C;ACEA@9!P!A5;6=9!=9!<FWA9>O!;HH9A@9>!<FWA9>!=9!-A;:9<!
X8D6<!
$C:686:@!=DCEB97:;6<9
!=E!'1ZK!!!
/7!DQ:697:!A9>!8;A9E<>!>E68;7:9>!HDE<!A;!CJ;<W9!9??9C:689!ls!<9>>97:69!H;<!A9>!@A9C:<D7>!=9!8;A97C9!+!!
!
1;7>!A9!C;=<9!=E!BD=FA9!=9!-A;:9<O!A9!<;^D7!=9>!;:DB9>!9>:!=D77@!H;<!A;!?D<BEA9!+!
ρ =nmax
2
Z*
!
"
#$
%
&×a0
!
;89C!;g!o!N\Ob!HBO!7B;I!A9!7DBQ<9!VE;7:6VE9!H<67C6H;A!B;I6B;A!9:!ls!A;!CJ;<W9!9??9C:689!=E!7D^;E!<9>>97:69!H;<!A9>!@A9C:<D7>!
=9!8;A97C9!=9!HAE>!W<;7=!7K!
Exemple!:!Calculer!le!rayon!de!l’oxygène!dans!le!modèle!de!Slater!:!
!
!
§
1;7>!E79!H@<6D=9O!=9!W;ECJ9!P!=<D6:9!+!
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKhhhhhhhhhhhhhhh!
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKK!
!
§
1;7>!E79!CDAD779O!=9!Q;>!97!J;E:!+!
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKhhhhhhh!
hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhKK!
!
!
!
!
!
!
!
!
Noyau
chargé
+Ze
e-
e-
e-
e-
e- étudié
Noyau
chargé
+Z*e=+(Z-σ)e
e- étudié
ρ!